TI WEBENCH：让充满挑战的模拟设计变得简单

不管是消费电子、医疗电子、汽车电子，还是工业电子，模拟应用无处不在。而相对于数字设计来说，模拟设计异常复杂，常常使模拟工程师焦头烂额，无从下手。即便是设计好了原理图，也需要调整参数，反复验证，因此模拟工程师的工作时间大部分是在反复调试、反复验证中度过的。怎样让模拟工程师快速找到最优设计方案？模拟仿真工具成为首选，众多模拟仿真工具中TI WEBENCH是大家比较熟悉的一种，17年来一直被优化、完善，功能越来越强大。

目前WEBENCH包含6种设计工具，包括：电源设计工具、LED设计工具、传感器设计工具、有源滤波器设计工具、时钟构架和接口设计工具。德州仪器WEBENCH设计中心总监Jeff Perry 强调，"在2014年之前，WEBENCH主要面向初级设计师，工程师可以利用WEBENCH工具在线上迅速完成他们想要的设计。从2016年开始，WEBENCH能为高级用户提供帮助，所以现在WEBENCH工具既能为初级设计师，也能为高级设计师节约设计时间。"

德州仪器WEBENCH设计中心总监Jeff Perry

WEBENCH工具是怎样工作的？这是工程师最关注的问题。Jeff Perry介绍，"它拥有很多半导体原型，包括效率和其它特性的运行数据。WEBENCH Designs拥有超过2,000种的电源模型部件，以及超过6,000种运行的放大器模型。WEBENCH可视化工具可以进行个性化设计，能同时平行地进行成百上千的设计，这样用户能够根据自己的需求进行匹配选择。最后，WEBENCH的结构设计工具可以帮助用户设计完整的电源结构。"

设计优化：效率和尺寸折中取最优

WEBENCH优化器

模拟设计往往需要在高效率和小尺寸之间做出妥协，而WEBENCH工具也遵循了这样的规律，如图所示，把优化器的指针指向中间，得到的尺寸是中间尺寸，效率处于折中效率，图表显示的是中等发热的温度。优化器选择最高效率值95%，尺寸随之变大，效率也提高，但热仿真温度低。举个极端的例子，如果选择最小尺寸，效率也随之降低，则板卡温升非常高。所以，任何设计都是折中的设计，兼顾尺寸和效率才能符合实际的设计原则。用户会发现，平常需要花费大量的时间寻找尺寸和效率的平衡点，而在WEBENCH工具中，只需要花费几秒钟就能实现。

仿真和模型保持高度一致

在仿真过程中，仿真模型非常重要，必须非常准确才能有助于用户设计原型。而好坏模型间最大的区别是最终结果准确与否。以效率为例，红色的线是模型曲线，蓝色的线是实际测试板测试出的曲线，图中可以看出这两个曲线相差非常小。左上图的这条曲线实际是一条侧相位和增益的曲线，决定整个电源产品工作的稳定性，"可以看到WEBENCH和模型一致性高，所以使用TI模型做仿真可信度高。" Jeff Perry指出，"正是由于性能良好，近几年在WEBENCH在中国的用户量大量增长，目前占全球19%的市场份额。"

PCB输出：可以导出5种不同设计工具格式的原理图

现在，用户可以利用PCB模型将元件设计得更加紧凑，如将元器件移到一起，以减小整个PCB板卡面积，或者把整张板子与其它板子交换。如果用户把所有元件都挤到一起，板子面积会变小，但是板卡温度会变得非常高。因此另外一个解决办法就是在PCB的正面和背面加入更厚的涂层，让PCB温度降低。

对于PCB输出，用户可以根据自己的需求进行更改，得到的是使用WEBENCH工具最终生成的一张原理图，而且最多可得到五种不同设计工具格式的原理图。Jeff Perry表示，"模拟PCB设计非常具有挑战性，因为噪音和耦合的设计会使PCB的设计变得复杂。因此用户可以利用CAD工具导出来得到最终想要的PCB，从而节省时间。"

AC/DC设计工具：更加方便简洁
在整个设计里，由于变压器通常是定制品，所以变压器设计是最复杂的，把变压器拿出来即可得到整个变压器的重新设计。因此WEBENCH可为用户提供定制化的设计，包括核心和底层的设计，以及提供的机械等数据表给生产商以实现最终的设计。

电源树系统的测序

Jeff Perry解释，"电源架构设计可以产生整个电源树，大多时候，对于FPGA和处理器设计来说，用户会先需要其它部件的负载。比如： FPGA有不同的负载要求，负载1最先启动，其次是负载2，最后是负载3，因此有一些负载会先于其它负载启动。WEBENCH的电源树有四种负载，而这些负载有一定的顺序，利用第一个负载，第二个负载，第三个负载，和第四个负载，而这就是FPGA设计存在的问题，而WEBENCH用一个专门的时序控制器来控制整个过程，使设计更加简单。Sequence (顺序)会有相应的enabler控制脚来控制三路的电源顺序。我们还可以使用负载开关方式，会简化设计，降低成本。"

放大器设计工具